氢燃料电池阳极抗一氧化碳毒化催化剂的研究进展与展望

氢燃料电池阳极侧通常使用铂(Pt)催化氢氧化反应(HOR),然而当前供应氢燃料电池的工业产氢气中通常含有少量的一氧化碳(CO)杂质,因此将导致Pt催化剂活性因CO中毒而降低.如何提升阳极催化剂的抗CO毒化能力是HOR研究领域的重要课题.本文介绍了抗CO毒化的Pt基催化剂的研究现状,总结了过渡金属及氧化物掺杂、催化剂表面修饰和载体调控及选择等合成策略,汇总了其他铂族金属催化剂与非贵金属催化剂的抗CO毒化研究进展,并对未来的抗CO毒化阳极HOR催化剂发展方向作出了展望.     

燃煤串行流化床置换燃烧分离CO2机理研究

提出燃煤串行流化床置换燃烧分离CO2机理，分析了水煤气反应、金属载氧体还原反应热力学关系特性；基于Aspenplus软件，NiO／Ni为载氧体，建立了串行流化床燃料反应器内各种物质的质量平衡、化学平衡和能量平衡模型，对煤置换燃烧分离CO2进行了模拟，研究了燃料反应器温度、水煤比和空气反应器温度对燃料反应器气体产物、载氧体循环倍率以及载氧体理论反应倍率等过程参数的影响；研究结果表明，随着燃料反应器温度的提高，燃料反应器气体产物中H2O体积含量略有升高，相应的CO2体积百分比下降，CO含量的上升比较迅速；煤中硫转化成SO2和H2S排出，两者随燃料反应器温度呈现轴对称、趋势相反的变化关系，SO2随反应温度升高而逐渐递增，而H2S逐渐递减；载氧体循环倍率随燃料反应器温度升高呈幂指数级增加，随空气反应器温度呈幂指数级递减，而与水煤比呈线性增加关系，研究结果为进一步试验研究提供了理论依据和参考．     

飞行器GNC试验子系统新技术及验证

飞行器GNC试验子系统是月地高速再入返回飞行器制导导航与控制(GNC)分系统的3个子系统之一,由中心控制单元、小型星敏感器、星敏防尘机构3台新研产品组成.同时,飞行器GNC试验子系统也是探月三期着陆上升组合体GNC子系统的一个产品子集.为满足探月三期的重量与功能需求,中心控制单元采用了可编程片上系统(So PC)技术进行集成化设计以减轻重量,并为适应空间辐射环境进行了多重防护设计;小型星敏感器采用非球面光学系统及高速处理电路等技术有效地减少了产品重量;星敏防尘机构以微型步进电机为核心,优化了结构、阻尼等细节设计,在满足功能要求的同时做到了重量的优化.为了更为真实地利用飞行器任务对上述产品进行在轨验证,设计了一种"虚拟卫星控制系统"的在轨验证方法,在试验子系统没有执行机构和真实受控的航天器对象的条件下,构造了被试验产品的在轨闭环验证环境.本文详细介绍了上述新研产品的关键技术和系统验证方法,并结合在轨验证情况给出了新研产品的验证结论.     

GaN-MOVPE生长的气相反应中自由基的作用

针对垂直转盘式MOVPE反应器,利用结合反应动力学-输运过程的CFD模拟,研究MOVPE生长GaN的气相反应中自由基的影响.通过分析对比包括或不包括·H和·NH_2自由基反应时,主要反应前体的浓度和生长速率的变化,确定自由基对气相反应路径的影响.模拟分别考虑由简单到复杂三种情况:(1)基准反应,即不包括自由基的反应;(2)包括·H自由基的反应;(3)同时包括·H和·NH_2自由基的反应.研究发现:只考虑基准反应和包括·H自由基的反应时,气相反应均为热解路径占主导.·H自由基促进了TMG和DMG的分解,使衬底上MMG的浓度明显增大,进而使生长速率比基准反应时明显提高.·H自由基极易与NH_3反应生成·NH_2自由基,在衬底上方得到高浓度的·NH_2自由基;在包括·NH_2与TMG的反应后,由于该反应活化能为零,使得TMG迅速转化为DMGNH_2,烷基镓的浓度在生长前沿全部为零,而DMGNH_2浓度达到最大值,气相反应也由热解路径转为加合路径.考虑实际生长存在各种自由基,因此,当有足够的自由基产生时, GaN气相反应将由加合路径占主导.     

论燃油使用者的生态补偿责任

车辆在道路上行驶,势必利用道路、燃油资源,排放尾气污染环境,依照环境责任原则、排污收费制度及国家相关政策,燃油使用者应承担生态补偿责任.这种补偿责任既包括因道路、燃油资源的利用而承担的付费(养路费及燃油费)义务,又包括因汽车尾汽污染而承担的环境补偿责任.基于此,即将开征的燃油税既要坚守"替代养路费"的改革初衷,又要发挥落实燃油使用者的生态补偿责任,节约资源、保护环境的社会功能.就落实燃油使用者生态补偿责任的法律适用而言,现行的<排污费征收管理条例>存在缺陷和不足,燃油税应是合适的法律依据.     

Co-Mo/γ-Al2O3在合成乙硫醇中的应用

采用等体积浸渍法制备了一系列Co-Mo／γ-Al2O3和K-Co-Mo／γ-Al2O3催化剂，采用XRD技术对催化剂进行了表征，在固定床反应器上评价了催化剂对乙烯和硫化氢合成乙硫醇反应的活性。结果表明，CoO负载量为5wt％、MoO3负载量为10wt％的催化剂活性较好，乙烯的转化率为86，91％，乙硫醇的选择性为68．22％；在Co-Mo／γ-Al2O3催化剂中加入2wt％K2CO3后，乙烯的转化率降低，但乙硫醇的选择性达到了100％。     

无焰燃烧模型燃烧室动态特性分析

无焰燃烧技术是一种新兴的超低NOX排放燃烧技术,其优点在于:1)能够同时实现CO与NOX的超低污染排放;2)具有宽泛的燃料适应性,可以燃烧包括中低热值富氢燃料在内的多种燃料;3)燃烧稳定,不存在热声振荡与回火等问题.本文设计了一个采用无焰燃烧技术的燃烧室并对该燃烧室在不同工作模式下的动态压力特性进行测试分析.结果说明,无焰燃烧技术能够在达到极低污染排放同时,仍然稳定燃烧,不发生热声振荡,是一种有前途的超低污染燃烧技术.而当燃烧室中存在值班燃料时,在某些工况下会产生热声振荡.     

氢燃料电池热特性测试平台设计和应用

国内氢燃料电池大功率、全负载的发展面临温度一致性与余热利用的热管理挑战.为了获得大功率氢燃料电池的能量转化与温度分布等热特性规律,搭建了模块化的氢燃料电池热特性测试平台,并进行应用研究,验证了该平台的功能性和实用性.该测试平台包括冷却散热模块、热特性测试模块、数据采集模块与控制模块等,能够在对热管理关键温度进行监测并对氢燃料电池产热特性进行实时测量分析的基础上,利用红外热成像与热电偶阵列对燃料电池各单元间的温度一致性进行测试与评价,旨在为余热利用、提升温度均匀性等先进热管理技术的研究提供测试手段与数据基础,对推进氢燃料电池汽车的节能化、高效化具有重要意义.     

AB型新单体及PBO树脂制备的新技术及其发展

研究以4,6-二硝基间苯二酚(DNR)和对苯二甲酸单甲酯(TAM)为原料,经三个单元过程合成AB型新单体:2-(对甲氧羰基苯基)-5-氨基-6-羟基苯并噁唑(MAB),进而均缩聚反应制备聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)的新路线和新方法,设计了AB型新单体的产业化方案、并阐述了优于AA型单体4,6-二氨基间苯二酚(DAR)路线的特点;同时针对现有PBO技术中存在的问题,提出解决的方法和研究思路,最后对进一步发展AB型新单体:如4-(5-氨基-6-羟基-2-苯并噁唑)苯甲酸(ABA)和H2N-[PBO重复单元]-COOH结构等单体、以及高性价比PBO树脂的研究内容作了建议。     

甲烷/氢气双燃料均质压燃式燃烧特性研究

利用气相化学反应模拟软件Chemkin模拟甲烷与氢气混合的燃烧过程,分析讨论了添加不同比例的氢气对燃烧参数的影响。研究结果表明:随着掺氢比的增加,反应物燃烧速度加快,缸内温度、压力随之升高,CO与CO2的排放变化不是很大,NO的排放有所增加;在掺氢比为50%的时候,气相反应的净产热达到最高值。     

燃煤串行流化床置换燃烧分离CO2机理研究

提出燃煤串行流化床置换燃烧分离CO₂机理，分析了水煤气反应、金属载氧体还原反应热力学关系特性；基于Aspen Plus软件，NiO/Ni为载氧体，建立了串行流化床燃料反应器内各种物质的质量平衡、化学平衡和能量平衡模型，对煤置换燃烧分离CO₂进行了模拟，研究了燃料反应器温度、水煤比、空气反应器温度对燃料反应器气体产物、载氧体循环倍率、以及载氧体理论反应倍率等过程参数的影响；研究结果表明，随着燃料反应器温度的提高，燃料反应器气体产物中H₂O体积含量略有升高，相应的CO₂体积百分比下降，CO的含量上升比较迅速；煤中硫转化成SO₂和H₂S排出，两者随燃料反应器温度呈现轴对称、趋势相反的变化关系，SO₂随反应温度升高而逐渐递增，而H2S逐渐递减；载氧体循环倍率随燃料反应器温度升高呈幂指数级增加，随空气反应器温度呈幂指数级递减，而与水煤比呈线性增加关系，研究结果为进一步试验研究提供了理论依据和参考。     

钢的氢致沿晶断裂理论

氢通过应力诱导扩散富集在晶界降低沿晶裂纹形核表面能;与此同时通过氢促进局部塑性变形使应变局部化,从而降低塑性变形功.由此可导出氢致沿晶断裂规一化门槛值(K_(IH)/K_(IC))~2=1-0.162×10~(-3))β_HCσ(H)G_H/(2r_S-r_b-0.16×10~(-3).∑β_iC_iG_i),其中β_H和β_i是氢和其他元素在晶界的富集系数,Cσ(H)是应力诱导扩散富集的氢浓度,C_i是钢中各元素平均浓度,G_H和G_i是氢和其他元素的沿晶断裂功参数,r_s是Fe的表面能,r_b是Fe的晶界能.对油管钢,实验测出K_(IH)/K_(IC)=0.26.根据实验测出的β_i值,按上式所算出的K_(IH)/K_(IC)=0.23,这与实验值基本一致.     

HVPE生长GaN气相反应路径的研究

采用量子化学的密度泛函理论,对HVPE生长GaN的气相反应路径进行系统的理论计算分析,特别针对GaCl与NH_3的反应、GaCl_3:NH_3消去H_2和Cl2的反应、液Ga的气化导致H自由基的产生及其后续的反应.通过计算各反应的Gibbs自由能变和过渡态能垒,分别从热力学和动力学上判断反应进行的可能性.研究发现,在HVPE反应器中, GaCl与NH_3可能发生的六种反应均有ΔG0,表明GaC l与NH_3的反应在热力学上不利于发生.对于GaCl_3:NH_3消去H_2或Cl2的三种反应,也同样在热力学上不利于发生.通过热力学相平衡理论计算发现,当T1200 K时, Ga蒸气压迅速上升,因此在气相反应中不能忽略气态Ga的影响.气态Ga与HCl反应将生成H自由基,并最终生成氨基物GaClNH_2和GaCl(NH_2)_2.这两种氨基物均不能继续与NH_3发生反应.因此得出结论,在HVPE反应器中,除了GaCl外,还可能存在另外两种含Ga气相分子,即GaClNH_2和GaCl(NH_2)_2,它们将同时提供GaN的表面反应以及纳米粒子的生长前体.     

轻金属硼氢化物可逆储氢材料研究进展

发展高效、安全的储氢材料/技术被公认为是推进氢能规模化商业应用的关键环节.相比于高压气态和低温液态储存方式,材料基固态储氢因能量密度高且安全性好,被认为最有发展前景.在诸多储氢材料中,轻金属配位硼氢化物氢含量多〉10 wt%,在储氢密度方面具有用作车载氢源的潜力,业已成为近年来储氢材料领域的研究热点.在简述轻金属配位硼氢化物储/放氢反应机理研究的基础上,着重从阴/阳离子替代、构建反应复合体系、纳米相结构调制等方面概述了改善硼氢化物综合储/放氢性能的最新研究进展,旨在明确轻金属硼氢化物储氢材料研究中的关键问题及未来研究方向.     

基于(火积)耗散率最小的离散和连续变截面导热通道构形优化

应用基于离散变截面导热通道的(火积)耗散率最小构形方法,对变截面导热通道单元体进行了构形优化,并与基于定截面导热通道单元体所得优化结果相比较,结果显示:基于变截面导热通道单元体所得平均温差最小值随构形级数的增加而增加并趋近于定值,而基于定截面导热通道单元体所得平均温差最小值随构形级数的增加而减小并趋近于定值.两者的差异是由于第一级构形体的无量纲平均温差不同造成的.提出了普适的提高结构体传热能力的自相似构形优化方法及准则:将无量纲平均温差为α,长宽比(H/L)为β的矩形单元4个组合,热流节点间导热通道截面面积比为2:1,连续组合两次,得到(H/L)为β的下级构形体.若α(4+4β+β2)/9β,平均温差随着构形级数的增加而增加并逐步趋于定值;若α=(4+4β+β2)/9β,各级构形体平均温差相同;若α(4+4β+β2)/9β,平均温差随着构形级数的增加而减小并逐步趋于定值.应用基于(火积)耗散率最小的自相似构形优化方法,多级构造后构形体的平均温差趋近于定值.     

低碳经济下中国CO_2排放量预测分析

为了准确分析CO2的排放量以便有效控制其释放,统计收集我国历年CO2总排放量及各类能源消耗的CO2排放量分别构成时间序列,对每一个时间序列分别利用GM(1,1)模型、DGM(1,1)模型、微分Verhulst模型以及差分Verhulst模型进行拟合,并比较它们的拟合精度。最后分别选取拟合精度最高的模型对各类能源消耗所释放的CO2量以及CO2总排放量进行预测。预测结果表明:我国CO2总排放量及各类能源消耗所排放的CO2量在未来一段时期内将迅速增加,但由天然气消耗所排放的CO2量的增速明显高于煤炭与石油所排放的量。且煤炭和石油消耗所排放的CO2量的增长率有下降趋势;天然气消耗所排放的CO2量的增长率有逐年上升的趋势。最后,根据目前CO2排放量状况提出一些政策建议以供参考。     

质子传导陶瓷膜在催化脱氢反应中的应用

有机化合物催化脱氢是一种吸热、体积增大的可逆反应过程,通过特定的膜将反应过程中生成的氢气不断地移出反应区,可促使反应向产物方向移动,从而提高反应转化率、减少副反应并最终达到降低反应温度、提高产率的目的。质子传导陶瓷膜可以以质子传递方式选择性透过氢,具有成本低、选择高,耐高温、热稳定及化学稳定性能好、不易中毒等特点,非常适合于脱氢膜反应器。本文对质子传导陶瓷膜材料、透氢机理、膜制备、膜反应器及其用于脱氢反应的研究现状与进展情况进行了综述。     

疏水性固体酸Zr(SO4)2·4H2O/AC催化合成柠檬酸三乙酯

将Zr(SO4)2·4H2O(ZS)负栽在活性炭(AC)上制备疏水性固体酸ZS/AC催化剂,用于催化合成柠檬酸三乙酯.探讨了各影响因素对柠檬酸三乙酯收率的影响.结果表明,当四水硫酸锆的负载量为30%、催化剂处理温度为110℃、催化剂用量为柠檬酸质量的4%、酸醇摩尔比为1:5.5、100℃反应5 h时,产物收率可达97.6%.催化剂重复使用四次后产率仍保持在93%以上,且易分离,不污染环境.     

线性唯象传热条件下甲烷蒸汽重整反应器熵产生最小化

针对一类传热、流动与化学反应相耦合的管式活塞流甲烷蒸汽重整反应器,考虑转化管外热源与管内反应物间传热服从线性唯象传热定律[q∝Δ(T~(1))],在氢气产率、进口压力、进口总摩尔流率、惰性气体(N_2)摩尔流率均给定及外界热源温度完全可控的条件下,以传热、流动、化学反应过程的总熵产生率最小为目标,应用有限时间热力学理论和方法,借助非线性规划数值方法求解了过程最小熵产生率及相应外界热源温度沿程最优分布规律,并与热源温度恒定、热源温度线性变化两种传热策略下的参考反应器以及牛顿传热定律[q∝Δ(T)]下熵产生最小最优反应器进行了比较.结果表明,与两类参考反应器相比,优化热源温度分布规律后可使反应器总熵产生率降低58%以上,主要是通过降低传热过程熵产生率实现的;采用较短的反应器可较好地实现预定生产目标;对于熵产生最小时的过程最优路径,存在恒定的热驱动力或恒定的化学驱动力中间段区域;传热规律对过程熵产生最小时热源与反应混合物温度最优构型有显著影响.     

合成生物学和生物工程的机遇与风险

<正>不管是从短期还是长期来看,各种合成生物学和生物工程技术带来的既是无限的机会也是巨大的挑战。2017年11月21日,剑桥大学存在风险研究中心(the Centre for the Study of Existential Risk at the University of Cambridge)在e Life杂志上发表的一篇报告,汇总了合成生物学行业从业者、创新者、研究者以及英美两国国家安全界众多人士关于该领域主要新兴问题的观点,并为各行业决策者总结和预测了未来五到十年合成生物学领域最重要的研究热点以及可能涉及的问题,具体包括: